【導讀】基于GSM的遠程溫控單元設計。短消息是目前利用最廣泛的通信方案之一，基于GSM短消息的業(yè)務不需要。建立撥號連接，只需把待發(fā)的消息加上目的地址發(fā)送至短消息中心，再由短消息。中心轉發(fā)到最終目的地，具有實現(xiàn)簡單、通信成本低、頻譜利用率高、保密性好。的新型遠程監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了GSM無線移動通信網(wǎng)絡平臺，可以實。他遠程數(shù)據(jù)傳輸和無人值守的場合。為了能實時的監(jiān)控現(xiàn)場溫度，本文采用A/D芯片進行模數(shù)轉換，利用DSP. 的實時處理能力，將采集到的溫度定時顯示在現(xiàn)場監(jiān)測屏上，遠方監(jiān)測中心使用。GSM短消息業(yè)務向現(xiàn)場發(fā)送控制命令，現(xiàn)場接收到控制命令后通過對模擬溫箱。的通斷實現(xiàn)溫度的升降調節(jié)和向監(jiān)測中心反饋當前溫度值。本設計是建立在實驗室提供的硬件平臺基礎上的，本文詳細介紹了各硬件模。塊，并且編寫了相應的程序進行了測試，最后完成了整個系統(tǒng)的調試，調試結果。充分驗證了設計方案的合理性和正確性。華北電力大學本科畢業(yè)設計(論文). 論文研究的主要內容...

　　

【正文】 出， A0~A2 為 8 路模擬輸入的地址選擇； Vss 為電源電壓， VREF 為外接參考電壓，若不用可接 和 去耦電容各一個； AGND和 DGND 分別為模擬地和數(shù)字地， CLK 為時鐘輸入（可以從 200KHz 到 8MHz），BUSY 為忙指示輸出， CS、 RD 和 WR 分別為片選信號、讀信號和寫信號。 圖 36 為設計中的 A/D 轉換電路原理圖，與 DSP 采用并行接口，由于ADS7852 為 12 位并行輸出， 8 位 CPU 必須分兩次才能讀入。第一次讀低 8 位，同時將高 4 位送入外部鎖存；第二次通過三態(tài)緩沖器將高 4 位讀入。模塊上的IN0~IN7 插孔對應于圖中 ADIN0~ADIN7 引腳，模塊上的 BUSY、 CLK 插孔分別對應于圖中 BUSY、 CLK 引腳， CS785 CS244 插孔分別為 ADS7852 和 74LS244的選通信號，也可通過跳線選擇， AOUT0、 AOUT1 插孔為兩個模擬電壓輸出端，范圍為 0~5V，通過電位器 K K5 實現(xiàn)，電位器 K1 為 參考電壓調節(jié)端。 華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 20 圖 36 A/D轉換電路原 理圖 圖 37 為 ADS7852 的時序圖，其中圖（ a）為啟動與轉換時序，圖（ b）為轉換結果輸出時序，轉換后的數(shù)據(jù)被輸出到并行數(shù)據(jù)總線上， DSP 就可以進行輸出電壓信號的讀操作。在 DSP 編程時需要注意時序的匹配。 圖 37 AD7852時序圖 華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 21 溫控模塊電路 溫度控制模塊由溫度信號采集電路、模擬溫箱加熱控制電路兩部分組成。其中模擬溫箱加熱控制電路位于鐵殼內， 其 上有 AC220V 電源接口。 本模塊中溫度信號的采集采用熱敏電阻，其阻值隨溫度的升高而減小。經(jīng)運放 LM358 轉換為 A/D 模塊可以處理的電壓信號。 其原理圖如圖 38 所示： 如圖 38 溫度采集電路 室溫 (25℃ )時， R11 的阻值為 10K。當溫度上升到 140℃時，阻值降為幾歐。我們假設在此范圍內，阻值隨溫度的變化是線性的。第一級 CA358 將電壓信號放大，第二級 CA358 為電壓跟隨器。在實驗中 ,我們假設溫度從 0℃變化到 100℃，TEMP_OUT 的輸出從 5V 變化到 0V,那么在室溫 (25℃ )條件下 ,TEMP_OUT 的輸出近似為 。因此每次實驗前，必須調整 10K 電位器，使當前輸出電壓值與溫度相匹配。 對溫度的控制是通過雙向可控硅 BT137 控制加熱電 阻 R12 的加熱時間來實現(xiàn)的。 TLP521 為直流光電隔離， 2 腳為輸入端， 3 腳為輸出端。 MC3021 為交流光電隔離， 2 腳為輸入， 6 腳為輸出。 J3 為 220V 交流電接口。 IN_SYNC為電源端同步信號， OUT_SYNC 為負載端同步信號。 IN_SYNC、 OUT_SYNC主要用于控制可控硅的導通角。其原理圖如圖 39 所示： 鐵殼上的 POWER 指示燈對應于圖中 D1， LOAD 指示燈對應于圖中 D2，模塊上 HEAT 指示燈對應于圖中 D4。模塊上的 HEATER、 TEMP_OUT、 P_SYNC、L_SYNC 插孔分別對應于 圖中的 HEAT（ control）、 TEMP_OUT、 IN_SYNC、OUT_SYNC 引腳。 華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 22 圖 39 模擬溫箱加熱控制電路 GSM模塊電路 本模塊由 BENQ 公司 M22 模塊及外圍接口電路組成。 M22模塊： 1）產(chǎn)品特征 三頻 GSM 模塊，支持 GSM900/DCS1800/PCS1900 執(zhí)行 ETSI GSM Phase 2+的標準 類別 4（ 2W @ 900MHz）類別 1（ 1W @ 1800/1900MHz） 外部 3V SIM 2）供電 ～ DC 通話時功耗：最小 230 毫安，最大 260 毫安 待機模式：小于 6 毫安 GPRS 通信時：小于 250 毫安 外部尺寸： 40 mm 重量： 13g（包括屏蔽的） 3）短消息服務 包括：點對點的 MTamp。MO，短消息區(qū)域廣播，回復呼叫信息，附加服務，呼叫轉移，多方通話，呼叫限制，電話簿，固定號碼呼叫，呼叫等待或保持，呼叫線路認證，記費，紅外線 SIM數(shù)據(jù)傳輸，回聲取消， SIM 工具包， SIM 鎖， USSD 4）基本特征 華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 23 通話或緊急呼叫 最高速率，升級最高速率和半速率 雙音多頻功能（ DTMF）， 5）數(shù)據(jù)特征 數(shù)據(jù)線路異步傳輸和 同步可達 14,400 bits/s 自動傳真 group3（ class 1amp。2） 通話和傳真轉換 GPRS 6）接口 單一天線接口（ for 900/1800/1900） 通過 AT指令控制 44pin 引腳接口： ●電源 ● 3V SIM 卡 和 SIM卡監(jiān)測 ● 1蜂鳴器輸出， 1麥克風輸入 ●串口接口 ● 1揚聲器輸出 ● RS232 串口連接支持 : AT命令控制 (GSM and ) 支持的波特率 300～ 115,200 bits/s 自動波特率監(jiān)測 (300 tp 38,400 bits/s) 外圍接口電路 外圍接口電路由電源、擴展接口電路、超級終端（ PC）接口電路、 SIM卡接口電路等組成。其原理圖如圖 310所示，其中 U1 為通用異步串行收發(fā)器NS16C450[15]，用于與 DSP接口； U2為電平轉換芯片 MAX3238，構成超級終端（ PC）接口電路，實現(xiàn)電平轉換及串口通信； J2為 SIM卡插座接口，由 M22模塊控制； RS232為異步串行通信接口，用于直接與 PC及通信。 華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 24 圖 310 GSM外圍接口電路 M22 模塊是通過一個通用異步串行收發(fā)器（ UART） NS16C450 與 PC 機相接口， NS16C450 提供異步的串行接收數(shù)據(jù)，在發(fā)射機和接收機之間同時進行串/并轉換和并 /串轉換，這些功能對將串行數(shù)據(jù)流轉換成數(shù)字系統(tǒng)所需的并行數(shù)據(jù)流是很有必要的。串行數(shù)據(jù)流的同步化是通過給傳輸數(shù)據(jù)增加起始位和結束位作為數(shù)據(jù)標志來實現(xiàn)的（面向協(xié)議的特征）。給數(shù)據(jù)標志中還增加了奇偶校驗位來保證數(shù)據(jù)的完整性。奇偶校驗位可被數(shù)據(jù)接收機用來檢測任何傳輸位的錯誤。這種制作在單晶硅上，并且包含了所有那些功能的電子電路是相當復雜的。NS16C450 就是這樣的一種高性能的整合體，它被設計為工作在高速、網(wǎng)絡共享的環(huán)境 中。 NS16C450 內部包含 11 個檢測和控制寄存器，這些寄存器的功能分別為：數(shù)據(jù)保持寄存器（ THR/RHR）、中斷狀態(tài)和控制寄存器（ ISR/IER）、線路狀態(tài)和控制寄存器（ LSR/LCR）、調制狀態(tài)和控制寄存器（ MSR/MCR）、可編程的數(shù)據(jù)傳輸率（ Clock）控制寄存器（ DLL/DLM）和一個用戶可訪問的暫存寄存器（ SPR）。地址選擇位 A2A1A0 用于選通各寄存器工作。 LCD模塊電路 本設計過程中使用 Protel 制作了一塊 PCB 板，其上包括 4*4 的矩陣鍵盤，LCD 液晶顯示屏，八位撥碼開關及八位 LED，通過 74LVC245 和 74LVC273 實現(xiàn)了 IO 口的擴展。僅用兩個 IO 口 IOINCS 和 IOOUTCS 作為 74LVC245 和華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 25 74LVC273 的片選 [16]，擴展為八個 IO 口，從而使 DSP 有限的 IO 空間資源得到了擴展，并且提供了一個有用的人機界面接口，供實驗及測試使用。本設計中使用的部分電路如圖 311 所示： 圖 311 LCD 接口電路 PCB布線需要注意的問題 雖然本論文討論的時候核心 DSP 只是運行在 1/2 CLKIN 的頻率下，但在實用階段時 DSP 會全速運行，以提高整個系統(tǒng)的效率，所以在 PCB 布線的時候，需要考慮到高頻所帶來的干擾問題 [17]。 PCB 布線有單面布線、雙面布線及多層布線。布線的方式也有兩種：自動布線及交互式布線，在自動布線之前，可以用交互式預先對要求比較嚴格的線進行布線，輸入端與輸出端的邊線應避免相鄰平行，以免產(chǎn)生反射干擾。必要時應加地線隔離，兩相鄰層的布線要互相垂直，平行容易產(chǎn)生寄生耦合。自動布線的布通率，依賴于良好的布局，布線規(guī)則可以預先設定，包括走線的彎曲次數(shù)、導孔的數(shù)目、步進的數(shù)目等。一般先進行探索式布經(jīng)線，快速地把短線連通，然后進行迷宮式布線，先把要布的連線進行全局 布線路徑優(yōu)化，它可以根據(jù)需要斷開已布的線，并試著重新再布線，以改進總體效果。 在整個 PCB 布線中，首先需要保證電源線和地線的穩(wěn)定。本設計中需要在一塊 PCB 板上同時有模擬部分和數(shù)字部分，采用雙面板布線。在布線時就需要考慮它們之間互相干擾問題，特別是地線上的噪音干擾。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整個 PCB 對外界只有一個結點，所以必須在 PCB 內部進行處華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 26 理數(shù)、模共地的問題，而在板內部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的，它們之間互不相連，只是在 PCB 與外界連接的接口處（如插頭等），數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，應該只有一個連接點。也有在 PCB 上不共地的，這由系統(tǒng)設計來決定。 布線設計完成后，需認真檢查布線設計是否符合設計者所制定的規(guī)則，同時也需確認所制定的規(guī)則是否符合印制板生產(chǎn)工藝的需求，一般檢查有如下幾個方面： 1）線與線，線與元件焊盤，線與貫通孔，元件焊盤與貫通孔，貫通孔與貫通孔之間的距離是否合理，是否滿足生產(chǎn)要求。 2）電源線和地線的寬度是否合適，電源與地線之間是否緊耦合（低的波阻抗），在 PCB 中是否還有能讓地線加寬的地方。 3）對于關鍵 的信號線是否采取了最佳措施，如長度最短，加保護線，輸入線及輸出線被明顯地分開。 4）模擬電路和數(shù)字電路部分，是否有各自獨立的地線。 5）后加在 PCB 中的圖形（如圖標、注標）是否會造成信號短路。對一些不理想的線形進行修改。 6）在 PCB 上是否加有工藝線？阻焊是否符合生產(chǎn)工藝的要求，阻焊尺寸是否合適，字符標志是否壓在器件焊盤上，以免影響以后裝配元件的質量。 在設計中也要注意以下一些問題： 1）去耦電容盡量與 VCC 直接連接。 2） PCB 板上的信號走線盡量不換層，也就是說盡量不要使用不必要的過孔。 3）電源和地的 管腳要就近打過孔，過孔和管腳之間的引線越短越好，因為它們會 導致電感的增加。同時電源和地的引線要盡可能粗，以減少阻抗。 4）在信號換層的過孔附近放置一些接地的過孔，以便為信號提供最近的回路。甚至可以在 PCB 板上大量放置一些多余的接地過孔。 華北電力大學本科畢業(yè)設 計 (論文 ) 27 4．系統(tǒng)軟件測試及分析 DSP核心板測試 可以通過向 VC5409 寫入簡單的測試小燈程序，來驗證整塊電路板上數(shù)字部分的電源是否正常，和 DSP 能夠正常工作，也可以簡單驗證與外部器件的連接。 CCS 開發(fā)工具 [17]是世界上最大的 DSP 生產(chǎn)廠商德州儀器（ TI）公司提 供的專業(yè) DSP 開發(fā)套件，集成了代碼編輯器，匯編器，連接器，軟件仿真器等等，可以和硬件仿真器一起使用，通過 JTAG 仿真口調試 DSP。并提供了一個集成開發(fā)環(huán)境，大部分的 DSP 開發(fā)工作都可以在同一個界面中完成，減少了開發(fā)者的學習成本。本論文使用的 DSP 是 TMS320VC5409，所以開發(fā)工具選擇專門針對TI 的 C5000 系列的 CCS2（ 39。C5000），仿真器使用電信系 DSP 實驗室已有的 USB接口仿真器（北京達盛科技出品）。因為需要對 DSP 系統(tǒng)所使用的存儲器資源進行說明，指定程序段、數(shù)據(jù)段、堆棧以及復位向量和中斷向量 等安排在存儲器的具體什么位置， DSP 開發(fā)工具使用 .CMD 文件來完成這個工作。 CMD 文件所使用的具體命令可以參見參考文獻 [18]。 所使用的測試程序如下（程序的功能在注釋中都有詳細說明，在文中不再解釋），由匯編指令寫成： 。FILE NAME: .mmregs .global _main 。必須使用 _main作主程序名 。否則，加載后不會有程序寫入 GPIOCR .set 3Ch 。標號，必須頂格寫 GPIOSR .set 3Dh 。0x3C是通 用 IO 口控制寄存器的地址 。0x3D是通用 IO 口狀態(tài)寄存器的地址 .text 。程序段開始 nop stm 0,CLKMD 。運行頻率為 1/2倍的 CLKIN,禁止片內鎖相環(huán) nop 。CLKIN為輸入的 10MHz頻率 ,所以 DSP周期為 200ns rsbx xf 。設置 XF為 0,因為它控制著 AD的復位端，高電平有效 _main: 。主程序開始 nop